第五章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶一、細(xì)胞代謝與酶1、細(xì)胞代謝的概念：細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱(chēng)為細(xì)胞代謝.2、酶的發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的科學(xué)探究思想，發(fā)現(xiàn)的意義3、酶的概念：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。4、酶的特性：專(zhuān)一性，高效性，作用條件較溫和5、活化能：分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。6、酶作用原理：降低了反應(yīng)的活化能。二、影響酶促反應(yīng)的因素（難點(diǎn)）1、底物濃度：有足夠的酶，溫度、pH等條件適宜且恒定反應(yīng)速率與底物濃度成正比；酶的量一定，酶達(dá)到飽和時(shí)，反應(yīng)速率不再增加2、酶濃度：有足夠的底物，溫度、pH等條件適宜且恒定反應(yīng)速率與酶濃度成正比3、PH值每種酶都有自己的最適PH值，高于或低于最適PH值酶的活性都會(huì)降低，過(guò)高或過(guò)低的PH值都會(huì)使酶失去活性，且不可恢復(fù)。4、溫度在一定溫度范圍內(nèi)，酶的催化效率隨溫度的上升而加快。酶的活性 最強(qiáng)（催化效率最高）時(shí)的溫度稱(chēng)為最適溫度。超過(guò)最適溫度，酶的催化效率隨溫度的上升減慢。低溫和高溫都能抑制酶的活性，高溫使酶失活，但低溫不會(huì)破壞酶的分子結(jié)構(gòu)，酶的活性在適宜的溫度下可以恢復(fù)。小結(jié)：在最適宜的溫度和最適宜的pH下，酶的活性最高。溫度和pH偏高或偏低，酶的活性都會(huì)明顯降低。過(guò)酸、過(guò)堿和高溫，都能使酶的分子結(jié)構(gòu)遭到破壞而失去活性，且不可逆。三、實(shí)驗(yàn)1、比較過(guò)氧化氫酶在不同條件下的分解（過(guò)程見(jiàn)課本P79）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：酶具有催化作用，并且催化效率要比無(wú)機(jī)催化劑Fe3+高得多控制變量法：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以變化的因素稱(chēng)為變量。其中人為改變的變量稱(chēng)為自變量。隨著自變量的變化而變化的變量稱(chēng)為因變量。 實(shí)驗(yàn)中其他可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素叫無(wú)關(guān)變量。對(duì)照實(shí)驗(yàn)：除一個(gè)因素外，其余因素都保持不變的實(shí)驗(yàn)。2、影響酶活性的條件（要求用控制變量法，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)）建議用淀粉酶探究溫度對(duì)酶活性的影響，用過(guò)氧化氫酶探究PH對(duì)酶活性的影響。第二節(jié)細(xì)胞的能量通貨-ATP一、什么是ATP？是細(xì)胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物，中文名稱(chēng)叫做三磷酸腺苷二、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：A-PPP A代表腺苷 代表三個(gè) P代表磷酸基團(tuán) 代表高能磷酸鍵三、ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化 酶ATP ADPPi能量注：（1）向右：表示ATP水解，所釋放的能量用于各種需要能量的生命活動(dòng)。向左：表示ATP合成，所需的能量來(lái)源于生物化學(xué)反應(yīng)釋放的能量。（2）ATP能作為直接能源物質(zhì)的原因是細(xì)胞中ATP與ADP循環(huán)轉(zhuǎn)變，且十分迅速。（3） 斷裂的為遠(yuǎn)離A的磷酸鍵，所需酶不同。物質(zhì)可逆，能量不可逆。ADP轉(zhuǎn)化為ATP所需能量來(lái)源：動(dòng)物和人、真菌、多數(shù)細(xì)菌：呼吸作用綠色植物：呼吸作用、光合作用 少數(shù)細(xì)菌：化能合成第三節(jié)ATP的主要來(lái)源-細(xì)胞呼吸1、概念：有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放出能量并生成ATP的過(guò)程。2、有氧呼吸 有氧呼吸是指活細(xì)胞在有氧氣的參與下，通過(guò)酶的催化作用，把某些有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn)生出二氧化碳和水，同時(shí)釋放大量能量的過(guò)程。過(guò)程：三個(gè)階段 C6H12O6 酶 2丙酮酸 + H（少）+ 能量（少） 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 丙酮酸 + H2O 酶 CO2 + H （徹底分解）+ 能量（少） 線粒體基質(zhì) H + O2 酶 H2O + 能量（大量） 線粒體內(nèi)膜（注：3個(gè)階段的各個(gè)化學(xué)反應(yīng)是由不同的酶來(lái)催化的）總反應(yīng)式：C6H12O6 + 6H2O + 6O2 酶 6CO2 + 12H2O + 能量意義：是大多數(shù)生物特別是人和高等動(dòng)植物獲得能量的主要途徑3、無(wú)氧呼吸 無(wú)氧呼吸是指細(xì)胞在無(wú)氧條件下，通過(guò)酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物分解成乙醇和二氧化碳或乳酸, 同時(shí)釋放少量能量的過(guò)程。過(guò)程：二個(gè)階段:與有氧呼吸第一階段完全相同 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 丙酮酸 酶 C2H5OH（酒精）CO2 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（高等植物、酵母菌等） 或 丙酮酸 酶 C3H6O3（乳酸）（動(dòng)物和人） 只在反應(yīng)的第一階段產(chǎn)生少量能量總反應(yīng)式：C6H12O6 酶 2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量（少） C6H12O6 酶 2C3H6O3（乳酸）+能量（少）意義：高等植物在水淹的情況下，可以進(jìn)行短暫的無(wú)氧呼吸，將葡萄糖分解為酒精和二氧化碳，釋放出能量以適應(yīng)缺氧環(huán)境條件。（酒精會(huì)毒害根細(xì)胞，產(chǎn)生爛根現(xiàn)象）人在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)消耗大量的能量，肌肉細(xì)胞則以無(wú)氧呼吸的方式將葡萄糖分解為乳酸，釋放出一定能量，滿(mǎn)足人體的需要。細(xì)胞呼吸的意義：為生物體的生命活動(dòng)提供能量，其中間產(chǎn)物還是各種有機(jī)物之間轉(zhuǎn)化的樞紐。討論：1、有氧呼吸及無(wú)氧呼吸的能量去路有氧呼吸：所釋放的能量一部分用于生成ATP，大部分以熱能形式散失了。無(wú)氧呼吸：能量小部分用于生成ATP，大部分儲(chǔ)存于乳酸或酒精中2、有氧呼吸過(guò)程中氧氣的去路：氧氣用于和H生成水第四節(jié)能量之源-光與光合作用一、捕獲光能的色素葉綠素:葉綠素a（藍(lán)綠色）; 葉綠素b（黃綠色）類(lèi)胡蘿卜素:胡蘿卜素（橙黃色）;葉黃素（黃色）葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，類(lèi)胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。Mg是構(gòu)成葉綠素分子必需的元素。葉綠素的形成需要光。二、實(shí)驗(yàn)-綠葉中色素的提取和分離1實(shí)驗(yàn)原理：綠葉中的色素都能溶解在層析液中，且他們?cè)趯游鲆褐械娜芙舛炔煌?，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，綠葉中的色素隨著層析液在濾紙上的擴(kuò)散而分離開(kāi)。2方法步驟中需要注意的問(wèn)題：（步驟要記準(zhǔn)確）（1）研磨時(shí)加入二氧化硅和碳酸鈣的作用是什么？二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸鈣可防止研磨中的色素被破壞。（2）實(shí)驗(yàn)為何要在通風(fēng)的條件下進(jìn)行？為何要用培養(yǎng)皿蓋住小燒杯？用棉塞塞緊試管口？因?yàn)閷游鲆褐械谋且环N有揮發(fā)性的有毒物質(zhì)。（3）濾紙上的濾液細(xì)線為什么不能觸及層析液？防止細(xì)線中的色素被層析液溶解（4）濾紙條上有幾條不同顏色的色帶？其排序怎樣？寬窄如何？有四條色帶，自上而下依次是橙黃色的胡蘿卜素，黃色的葉黃素，藍(lán)綠色的葉綠素a，黃綠色的葉綠素 b。最寬的是葉綠素a，最窄的是胡蘿卜素。三、捕獲光能的結(jié)構(gòu)-葉綠體結(jié)構(gòu)：外膜，內(nèi)膜，基質(zhì)，基粒（由類(lèi)囊體構(gòu)成）與光合作用有關(guān)的酶分布于基粒的類(lèi)囊體及基質(zhì)中。光合作用色素分布于類(lèi)囊體的薄膜上。四、光合作用的發(fā)現(xiàn)1771 英國(guó)，普利斯特萊：植物可以更新空氣。1779 荷蘭，揚(yáng)英根豪斯：植物只有綠葉才能更新空氣；并且需要陽(yáng)光才能更新空氣。1880美國(guó)，恩格爾曼：光合光合作用的場(chǎng)所在葉綠體。1864 德國(guó)，薩克斯：葉片在光下能產(chǎn)生淀粉1940美國(guó)，魯賓和卡門(mén)（用放射性同位素標(biāo)記法）：光合作用釋放的氧全部來(lái)自參加反應(yīng)的水。（糖類(lèi)中的氫也來(lái)自水）。u 1948 美國(guó)，卡爾文：用標(biāo)14C標(biāo)記的CO2追蹤了光合作用過(guò)程中碳元素的行蹤，進(jìn)一步了解到光合作用中復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。五、光合作用1、概念： 指綠色植物通過(guò)葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)變成儲(chǔ)存能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過(guò)程。2、過(guò)程：（1）光反應(yīng) 條件：有光 場(chǎng)所：葉綠體類(lèi)囊體薄膜過(guò)程： 水的光解： ATP的合成：（光能ATP中活躍的化學(xué)能）（2）暗反應(yīng) 條件：有光和無(wú)光 場(chǎng)所：葉綠體基質(zhì)過(guò)程：CO2的固定： C3的還原：（ATP中活躍的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能）聯(lián)系：光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和H，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供合成ATP的原料ADP和Pi3、總反應(yīng)式： 光能CO2 + H2O （CH2O）+ O2葉綠體4、實(shí)質(zhì)：把無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變成有機(jī)物，把光能轉(zhuǎn)變成有機(jī)物中的化學(xué)能四、影響光合作用的環(huán)境因素：光照強(qiáng)度、CO2濃度、溫度等（1）光對(duì)光合作用的影響光的波長(zhǎng)葉綠體中色素的吸收光波主要在紅光和藍(lán)紫光。光照強(qiáng)度植物的光合作用強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)隨著光照強(qiáng)度的增加而增加，但光照強(qiáng)度達(dá)到一定時(shí)，光合作用的強(qiáng)度不再隨著光照強(qiáng)度的增加而增加光照時(shí)間光照時(shí)間長(zhǎng)，光合作用時(shí)間長(zhǎng)，有利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育。（2）溫度溫度低，光和速率低。隨著溫度升高，光合速率加快，溫度過(guò)高時(shí)會(huì)影響酶的活性，光和速率降低。生產(chǎn)上白天升溫，增強(qiáng)光合作用，晚上降低室溫，抑制呼吸作用，以積累有機(jī)物。（3）CO2濃度在一定范圍內(nèi)，植物光合作用強(qiáng)度隨著CO2濃度的增加而增加，但達(dá)到一定濃度后，光合作用強(qiáng)度不再增加。生產(chǎn)上使田間通風(fēng)良好，供應(yīng)充足的CO2（4）水分的供應(yīng)當(dāng)植物葉片缺水時(shí)，氣孔會(huì)關(guān)閉，減少水分的散失，同時(shí)影響CO2進(jìn)入葉內(nèi)，暗反應(yīng)受阻，光合作用下降。生產(chǎn)上應(yīng)適時(shí)灌溉，保證植物生長(zhǎng)所需要的水分。六、化能合成作用概念：自然界中少數(shù)種類(lèi)的細(xì)菌，雖然細(xì)胞內(nèi)沒(méi)有葉綠素，不能進(jìn)行光合作用，但是能夠利用體外環(huán)境中的某些無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來(lái)制造有機(jī)物，這種合成作用，叫做化能合成作用，這些細(xì)菌也屬于自養(yǎng)生物。如：硝化細(xì)菌，不能利用光能，但能將土壤中的NH3氧化成HNO2，進(jìn)而將HNO2氧化成HNO3。第六章 細(xì)胞的生命歷程第一節(jié) 細(xì)胞增殖1 細(xì)胞不能無(wú)限長(zhǎng)大的原因：受細(xì)胞表面積與體積比的限制（細(xì)胞越小，相對(duì)表面積越大，越有利于物質(zhì)的交換） 受細(xì)胞的核質(zhì)比的制約（細(xì)胞核是細(xì)胞的控制中心，一般來(lái)說(shuō)細(xì)胞核中的DNA是不會(huì)隨著細(xì)胞體積的擴(kuò)大而增加的，如果細(xì)胞太大，細(xì)胞核的負(fù)擔(dān)就會(huì)過(guò)重）。但也并不是說(shuō)，細(xì)胞越小越好（原因是細(xì)胞內(nèi)的各種細(xì)胞器和100多種酶促反應(yīng)都要占據(jù)一定的空間）。 !zohE1&$9 2 b不同動(dòng)植物同類(lèi)器官或組織的細(xì)胞大小一般無(wú)明顯差異，器官大小主要決定于細(xì)胞數(shù)量的多少。 GJ1GdY9Nx (u/%3細(xì)胞以分裂的方式進(jìn)行增殖，細(xì)胞增殖是生物體生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖和遺傳的基礎(chǔ)。 6(0vjjE 4。細(xì)胞分裂方式: 有絲分裂 （真核生物體細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞分裂的主要方式 ）無(wú)絲分裂 蛙紅細(xì)胞，草履蟲(chóng)減數(shù)分裂 生殖細(xì)胞6y,jx7%R 5. 細(xì)胞周期：連續(xù)分裂的細(xì)胞，從一次分裂完成時(shí)開(kāi)始，到下一次分裂完成時(shí)為止，為一個(gè)細(xì)胞周期。包括兩個(gè)階段：分裂間期和分裂期。（間期所占的時(shí)間較長(zhǎng)，所以顯微鏡下觀察到的細(xì)胞中間期細(xì)胞最多）。 5D5 vt%F1注：連續(xù)分裂的細(xì)胞才具有細(xì)胞周期； 間期在前，分裂期在后；間期長(zhǎng)，分裂期短；不同生物或同一生物不同種類(lèi)的細(xì)胞，細(xì)胞周期長(zhǎng)短不一。6、有絲分裂的過(guò)程：植物細(xì)胞的有絲分裂（1）分裂間期：主要完成DNA分子的復(fù)制和有關(guān)蛋白質(zhì)的合成，細(xì)胞適度生長(zhǎng) 結(jié)果：DNA分子加倍；染色體數(shù)不變（一條染色體含有2條染色單體）（2）分裂期前期：“兩消兩現(xiàn)一散亂”核膜解體、核仁消失出現(xiàn)染色體、紡錘體、染色體散亂分布中期：“形定數(shù)晰赤道齊”所有染色體的著絲點(diǎn)都排列在赤道板上 染色體的形態(tài)固定、數(shù)目最清晰（觀察染色體的最佳時(shí)期）后期：“點(diǎn)裂數(shù)加均兩極”著絲點(diǎn)分裂，姐妹染色單體分開(kāi)，染色體數(shù)目加倍；在紡錘絲的牽引下分別向兩極移動(dòng)末期：“兩消兩現(xiàn)新壁建”染色體變成染色質(zhì)，紡錘體消失；核膜、核仁重現(xiàn)；出現(xiàn)細(xì)胞板，形成細(xì)胞壁（動(dòng)物細(xì)胞膜內(nèi)陷，縊裂成兩個(gè)細(xì)胞）7、有絲分裂過(guò)程中染色體和DNA數(shù)目的變化：8、有絲分裂的意義細(xì)胞有絲分裂的重要意義（特征）：將親代細(xì)胞的染色體經(jīng)過(guò)復(fù)制以后，精確地平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中去，由于染色體上有遺傳物質(zhì)DNA，因而在生物的親代和子代之間保持了遺傳性狀的穩(wěn)定性，對(duì)生物的遺傳具有重要意義。 Yvg#T_G 9、動(dòng)、植物細(xì)胞有絲分裂的比較：項(xiàng)目名稱(chēng)不同點(diǎn)相同點(diǎn)前期紡錘體的形成末期子細(xì)胞的分開(kāi)1.間期、中期、后期的變化情況相同。2.染色體都要經(jīng)過(guò)自我復(fù)制，然后平均地分配到兩個(gè)子細(xì)胞的核中，使每個(gè)子細(xì)胞具有一套數(shù)目和形狀完全相同的染色體。植物細(xì)胞細(xì)胞兩級(jí)發(fā)出紡錘絲，由紡錘絲形成紡錘體。在赤道板部分出現(xiàn)細(xì)胞板，并由中央向四周擴(kuò)展形成細(xì)胞壁。動(dòng)物細(xì)胞由已經(jīng)復(fù)制的，移向兩級(jí)的兩組中心粒發(fā)出星射線，由星射線形成紡錘體。分隔成兩個(gè)細(xì)胞不形成細(xì)胞板，而是細(xì)胞中部的細(xì)胞膜內(nèi)陷，縊裂成兩個(gè)細(xì)胞。ESJ1K70t 無(wú)絲分裂1、特點(diǎn)：在分裂過(guò)程中，沒(méi)有紡錘絲和染色體的變化（但有DNA的復(fù)制）2、舉例：草履蟲(chóng)、蛙的紅細(xì)胞等。制作有絲分裂臨時(shí)裝片1、步驟：解離、漂洗、染色、制片。 wbl2YfJ*$|0 #aw-Y_zVa 漂洗的目的：洗去藥液,防止解離過(guò)度。 QFosH/v y8VT,!t 染色的目的： fs5ek7OHn6龍膽紫溶液（或醋酸洋紅液）中，使染色體著色 !* uwI|f h|T/Wt$ 制片的目的：使細(xì)胞分散開(kāi)，有利于觀察。 0- Rc o _hm7NI 2、有利于組織細(xì)胞分散開(kāi)的操作有：解離、鑷子搗碎根尖、壓片等。 P3I1B79* S- -x5l 3、低倍鏡下觀察有絲分裂裝片時(shí)，要先找到根尖分生區(qū)細(xì)胞，它的特點(diǎn)是：細(xì)胞呈正方形，排列緊密，有的細(xì)胞正在分裂。 |%F9J# 4、N/d9生殖細(xì)胞體細(xì)胞第三節(jié) 細(xì)胞的衰老和凋亡一、 細(xì)胞的衰老1、個(gè)體衰老與細(xì)胞衰老的關(guān)系單細(xì)胞生物體，細(xì)胞的衰老或死亡就是個(gè)體的衰老或死亡。多細(xì)胞生物體，個(gè)體衰老的過(guò)程就是組成個(gè)體的細(xì)胞普遍衰老的過(guò)程。2、細(xì)胞衰老的過(guò)程：是細(xì)胞的生理狀態(tài)和化學(xué)反應(yīng)發(fā)生復(fù)雜變化的過(guò)程，最終表現(xiàn)為細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化。 z/$Z jCvY/6r 3、細(xì)胞衰老的特點(diǎn)：細(xì)胞內(nèi)水分減少，使細(xì)胞萎縮，體積變小，代謝速度減慢 cqaN cPF7Z 0|Dj+m?(T 細(xì)胞內(nèi)多種酶的活性降低 細(xì)胞內(nèi)的色素逐漸積累 PHr+J jLD,UM9 細(xì)胞內(nèi)呼吸速率減慢，細(xì)胞核的體積增大，核膜內(nèi)折，染色質(zhì)收縮、染色加深 3+;4Ix XqkW8$ l 細(xì)胞膜的通透性改變，使物質(zhì)運(yùn)輸功能降低。 Wi$XWd 3、細(xì)胞衰老的原因：自由基學(xué)說(shuō)（在生命活動(dòng)中，細(xì)胞不斷進(jìn)行各種氧化反應(yīng)產(chǎn)生出自由基，自由基攻擊和破壞細(xì)胞內(nèi)各種執(zhí)行正常功能的生物分子，使它們的活性下降，致使細(xì)胞衰老）。端粒學(xué)說(shuō)（端粒DNA序列在每次細(xì)胞分裂后會(huì)縮短一截，被截短后，端粒內(nèi)側(cè)的正常基因的DNA序列受到損傷，結(jié)果使細(xì)胞活動(dòng)漸趨異常）。 -y& 6I6 二、細(xì)胞的凋亡1、概念：由基因所決定的細(xì)胞自動(dòng)結(jié)束生命的過(guò)程（由于細(xì)胞凋亡受到嚴(yán)格